论文摘要
移动机器人导航是指移动机器人按照预先给定的任务命令,根据已知信息做出路径规划,并在行进过程中,不断感知周围局部环境信息,自主地做出决策,调整自身位姿,引导自身安全行驶或跟踪已知路径到达目标位置。导航技术是移动机器人研究的核心,是实现机器人自身移动的关键技术。本文利用CCD传感器、磁航向传感器和激光测距传感器感知作业环境信息,以实现苹果采摘机器人在果园中自主移动为目标,重点研究移动机器人导航系统中的导航定位和路径规划,涉及到视频信号采集,导航路标检测与识别,传感器数据转换,多传感器数据融合,环境地图构建和路径搜索等关键技术。最后,在理论研究的基础上开发了采摘机器人导航系统。本文主要研究工作和结论如下:（1）针对果园环境导航应用需求,设计了系统整体方案,分析了采摘机器人状态模型,完成人工导航路标的外形、存储模型设计以及配置工作,统一了不同坐标系,提出了采摘机器人导航系统的技术路线。（2）在分析现有导航定位方法的基础上,提出了一种适合于苹果园环境的基于环境地图（由导航路标群组成）的多传感器数据融合的广义路标匹配全局定位方法,即融合CCD传感器、磁航向传感器和激光测距传感器实时感知的作业环境信息,通过与环境地图匹配,实现采摘机器人在作业环境中的二维定位。（3）探讨了机器人路径规划技术,根据本研究环境特殊性,即在作业环境中配置了人工导航路标,实现了采摘机器人作业环境地图构建和路径搜索任务。（4）应用Microsoft VC++6.0、Intel@ OpenCV以及Microsoft DirectShow组件,设计了基于多传感器数据融合的自主式苹果采摘机器人导航系统软件,该系统软件可向机器人控制模块提供当前机器人车体位姿参数,当前导航路标信息,当前机器人车体各方位、夹角运动速率,当前机器人车体同全局坐标原点、导航路标点距离以及夹角;该软件同时还可向控制模块提供完整的起点到终点路径信息。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 研究目的与意义1.1.1 自主式农业机器人的研究目的与意义1.1.2 自主式苹果采摘机器人的研究目的与意义1.1.3 自主式苹果采摘机器人导航的研究目的与意义1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状1.2.2 国内研究概况1.3 研究内容与组织结构1.3.1 研究内容1.3.2 论文组织结构第二章 系统整体方案设计2.1 系统组成2.2 机器人状态模型2.3 导航路标2.3.1 导航路标选择2.3.2 导航路标设计2.3.3 导航路标存储模型2.3.4 导航路标配置2.4 系统坐标系2.4.1 坐标系统模型2.4.2 坐标系统转换2.5 视频采集参数分析2.6 系统软件技术路线2.7 本章小结第三章 采摘机器人定位方法3.1 导航定位方法分析3.1.1 惯性定位3.1.2 声音定位3.1.3 味觉定位3.1.4 陆标定位3.1.5 视觉定位3.1.6 环境感知定位（广义路标匹配）3.1.7 其他定位方法3.2 基于BP 网络的导航路标检测识别方法3.2.1 人工神经网络3.2.2 BP 神经网络3.2.3 导航路标识别3.2.4 实验结果及分析3.3 磁传感器测航向3.3.1 电子罗盘工作原理3.3.2 导航角度转换3.4 激光传感器测距3.4.1 激光测距传感器工作原理3.4.2 激光测距传感器坐标变换3.5 多传感器数据融合3.5.1 多传感器数据融合方法分析3.5.2 数据融合3.6 采摘机器人导航定位3.6.1 采摘机器人导航定位算法及流程图3.6.2 导航定位参数3.7 本章小结第四章 采摘机器人路径规划方法4.1 路径规划技术分析4.1.1 基于地图的规划方法4.1.2 基于环境建模的方法4.1.3 基于行为的方法4.2 基于地图的采摘机器人路径规划方法4.2.1 地图构建4.2.2 路径搜索4.3 本章小结第五章 采摘机器人导航系统的设计与实现5.1 软件开发工具5.1.1 Visual C++6.0 集成开发环境5.1.2 DirectShow 组件5.1.3 OpenCV 库5.2 系统框架与功能设计5.2.1 系统框架5.2.2 系统功能模块5.3 模拟仿真导航定位系统5.3.1 模拟仿真实例5.4 本章小结第六章 结论与展望6.1 结论6.2 展望与建议参考文献致谢作者简介
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